Во-вторых, появление нескольких сильно отличающихся друг от друга мембранных структур, а именно:
(a) пероксисом – везикулярных (пузырчатых) образований, отпочковывающихся от эндоплазматического ретикулума (и, возможно, также от митохондрий или даже ядерной мембраны) мембранных структур, оснащенных различными генераторами перекиси водорода (одной из форм АФК), ферментами α- и β-окисления липидов, необходимого для их усвоения (β-окисление липидов происходит также и в митохондриях, отдельное ω-окисление – в эндоплазматическом ретикулуме; буква типа окисления обозначает отщепляемый в ходе окисления атом в углеродной цепи липида), а также ферментов окисления и деградации различных вредных для клетки веществ;
(b) лизосом – также везикулярных образований, имеющих еще более изощренную схему формирования, но также связанную с эндоплазматическим ретикуломом; лизосомы «ответственны» за «переваривание» всего, что «не нужно» клетке в данный момент: поступившего извне или образовавшегося внутри;
(с) различных мультикомплексов-генераторов АФК, ассоциированных с мембранами клетки – специализированных белков ЭТЦ или уже, возможно, приобретенных к данному времени НАДФ-оксидаз/NOX-белков; роль АФК, как упоминалась, может быть в общем сведена к защите от внешних угроз и внутриклеточной сигнализации. Очевидно, в целом функции этих структур соответствует тому роду службы, которою обязались служить «доверчивой» архейной клетке «договороспособные» и щедрые на посулы паразиты – защищать от врагов извне и сигнализировать, если что внутри не так. Сигнализировать в первую очередь друг другу (или развившимся из «друг-друга» структур), в том числе путем прямых контактов (Schrader M., Islinger Met al… 2018, 2019) и своим генам, мигрировавшим (или ушедшим в «почетные заложники») в общий ядерный геном.
Многочисленные теории эукариогенеза иногда различают по двум ключевым, важнейшим, на первый взгляд, положениям: времени появления предков митохондрий в эндосимбиозе с архейным предком эукариот («раннемитохондриальные» и «позднемитохондриальные» гипотезы) и их аэробному или анаэробному типу метаболизма на момент приобретения и, соответственно, направленности потока протонов и электронов от них или на них. В озвученном варианте эндопаразитической гипотезы альфа-протеобактерии – предки митохондрий – приобретаются сравнительно поздно, обладают развитым кислородзависимым метаболизмом, изначально несовершенным оружием в виде утечек АФК из ЭТЦ, первоначально используемых как с целью сигнализации, так и в качестве первых прототипов клеточного «огнестрельного» оружия. Соответственно, поток водорода и электронов (восстановленной органики) также должен быть направлен от асгардархейного предка эукариот в сторону предков митохондрий, аналогично наиболее актуальным синтрофическим версиям теорий эукариогенеза – «теории обратного потока» и «водород-серной синтрофии». То есть на момент формирования первой эукариотической клетки основные пути ее энергетического метаболизма были уже достаточно сформированы.
Развитие оболочек
Прокариотические липидные мембраны в целом весьма чувствительны к АФК – как бактериальные фосфолипидные, так и архейные. Последние, как можно вспомнить, совершенно отличаются от бактериальных и эукариотических, так как состоят из простых эфиров сильно ветвящихся жирных кислот (что говорит об их абсолютно независимом возникновении на основе общих неорганических мембран (УПС: глава II)). АФК запускают цепную реакцию перекисного окисления липидов, деградацию липидных мембран и, главное, нарушение функций интегрированных в них белков.
Важнейшим адаптивным приобретением эукариот стала «стеролизация» их мембран, то есть насыщение различными стеролами – холестерином у предков животных, эргостерином у предков грибов и фитостерином у предков растений, заметно увеличившая их устойчивость к перекисному окислению за счет выраженных антиоксидантных свойств данных стеролов (Brown A. J. and Galea A. M., 2010; Smith L. L., 1991; Khan H., 2003).
Причем защитной антиоксидантной стеролизации ввиду общей фосфолипидной природы мембран бактерий и эукариотов подверглись именно бактериальные мембраны эндопаразитов, что дополнительно свидетельствует в пользу возникновении именно у них агрессивной генерации АФК, и именно они, как более устойчивые к перекисному окислению и вообще оксидативному стрессу, заменили собой практически все архейные мембраны в эукариотической клетке, как внутренние, так и наружные. И именно наружные мембраны остались слабым местом противопаразитарной защиты.
Несмотря на то что был найден способ радикально купировать давление эндопаразитов, сам напор паразитов никуда не ушел. Более того, в эволюционной гонке вооружений имени Красной Королевы им не раз еще удавалось выходить вперед. Тем не менее ни с чем не сравнимая энергетическая эффективность эукариотической клетки, то есть достаточность (если не переизбыток) ресурсов, всегда позволяла находить решение хотя бы для малой доли выживших организмов. Отвергнутая на определенном этапе эволюции пассивная защита в виде прочной клеточной стенки, мешавшая на этапе эукариогенеза развитию структур на основе мембранных впячиваний и мембрано-тубулиновых ассоциаций, на новом витке эволюции возникла снова – в виде хитозановой оболочки грибов и целлюлозной оболочки растений. Животные, «выбравшие» в качестве магистрального пути активное противостояние в виде фагоцитоза и вообще развитого (но чрезвычайно ресурсозатратного) активного иммунитета, вернулись к невообразимому числу вариантов пассивной защиты уже на уровне многоклеточных организмов.
Развитие аутофагии, апоптоза и возникновение предпосылок многоклеточности
Разумеется, подобные революционные трансформации могли занять сотни тысяч, миллионы, если не десятки миллионов лет (что в эволюционных масштабах если не мгновенно, то достаточно быстро). За это время варяги-эндопаразиты, присягнувшие на верность архейному сюзерену и сформировавшие с ним новую историческую общность – эукариотический организм, научились более-менее ловко справляться с иными претендентами на обобществленное ими имущество архейного замка.
Важно не только обезвредить агрессора, но споро и умело разделать его останки, часть из которых может быть чрезвычайно полезна, а часть – чрезвычайно опасна. Эту важную работу в основном выполняют упомянутые уже лизосомы – мембранные структуры, не подвергнувшиеся «стеролизации» (поэтому бедные холестерином), оснащенные десятками кислых ферментов-гидролаз и управляемые чрезвычайно изощренной системой регулирования.
Можно представить, что ранним протоэукариотическим лизосомальным структурам было достаточно сложно отличить условно-своих от условно-чужих во внутреннем пространстве клетки (не говоря уже про наружных симбионтов или паразитов: лизосомы способны успешно выделять свое агрессивное содержимое и наружу), тем более что «свои» могли деградировать и становиться «чужими», а «чужие» могли рекрутироваться в «свои». Собственно лизосомам, эффективным «мусорщикам-переработчикам», по большому счету все равно, что утилизировать: важно лишь, чтобы объекты переработки были правильно помечены, а это уже задача более интеллектуально оснащенных специализированных систем (включая, на более поздних – многоклеточных – стадиях эволюции системы иммунитета, которые принято называть «врожденной» («неспецифической») и «приобретенной» («специфической»). Поэтому правильная маркировка всех внутриклеточных структур делит их не на «своих» и «чужих» а, скорее, на подлежащих скорейшей утилизации и тех, с утилизацией которых можно повременить (у современных эукариот такая маркировка проводится двумя основными способами: с помощью белков-убиквитинов метятся сравнительно мелкие молекулы (таких подавляющее большинство); более крупные и сравнительно неупорядоченные белки, напротив, метятся снятием «защитной» метки, обслуживаемой специальными белками-няньками таких белков (nanny proteins, Tsvetkov Р., Reuven N. and Shaul Y., 2009).
Когда с массовым эндопаразитизмом в целом было покончено, основной целью лизосом должны были стать собственные структуры, подлежащие уничтожению, – так, ксенофагия (переваривание «чужого») в качестве основной задачи лизосом сменилась аутофагией (перевариванием «своего»), по крайней мере, для неспециализированных для фагоцитоза (активного поглощения «чужаков») клеток. Значение механизма аутофагии в метаболизме и физиологии эукариотической клетки вообще трудно переоценить (Galuzzi L. et al., 2014). Возможно даже, что уверенно функционирующего механизма аутофагии самого по себе достаточно для защиты от большинства внешних и внутренних угроз.
Идейная близость аутофагии и апоптоза – самоуничтожение ради развития, функционирования или самозащиты структуры более высокого уровня, а также ключевая роль АФК в обоих механизмах и их частичная генетическая близость позволяет считать аутофагию и апоптоз важнейшими предпосылками многоклеточности. Хотя концептуально идея самоуничтожения части ради выживания целого, заложена, возможно, в самое основание нашей формы биологической жизни (БОН: глава XI)
По мнению Джеймса Уайта и соавторов, именно непрекращающееся давление эндопаразитов стало причиной формирования многоклеточных колоний древних эукариот, позволяющих сформировать наружный щит из устаревающих клеток вокруг гамет и молодых делящихся клеток, наиболее уязвимых к эндопаразитическому внедрению. Вполне вероятно, что именно на этом уровне принцип асимметричного деления (см. ниже п. 4) впервые наглядно продемонстрировал свой эволюционный потенциал. Но нельзя исключать и формирование многоклеточности на основе совместного существования двух уже различающихся, но еще эволюционно далеко не разошедшихся видов эукариот. Как мы неоднократно видели, именно двойственность, взаимная дополнительность наиболее часто оказывается базисом образования новых биологических форм.